Синтезатор частот сверхвысокочастотного диапазона

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем. Достигаемый технический результат - улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала и сокращение времени перестройки. Синтезатор частот сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ), первый и второй генераторы, управляемые напряжением (ГУН), каждый из которых охвачен петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть использовано в возбудителях передатчиков и гетеродинов приемников радиолокационных систем.

Известен синтезатор частот, содержащий перестраиваемый генератор (ПГ), первый и второй полосовые фильтры (ПФ), последовательно включенные эталонный генератор (ЭГ), первый делитель частоты (ДЧ), первый генератор гармоник (ГГ), первый селектор частоты (СЧ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ДЧ, второй ГГ, второй СЧ, второй СМ; последовательно включенные третий ДЧ, третий ГГ, третий СЧ, фазовый детектор (ФД), фильтр нижних частот (ФНЧ); при этом второй выход первого ДЧ соединен с входом второго ДЧ, второй выход которого соединен с входом третьего ДЧ; выход ФНЧ соединен с входом ПГ, выход которого соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый ПФ соединен с вторым сходом второго СМ, выход которого через второй ПФ соединен с вторым входом ФД(Уткин Г.М. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ. М., Сов. радио, 1979, стр.192).

Недостатком известного синтезатора частот является невозможность его реализации в СВЧ-диапазоне без применения дополнительных умножителей частоты, что приведет к ухудшению шумовых характеристик сигнала.

Наиболее близким к изобретению является синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), последовательно включенные первый умножитель частоты (УЧ), второй УЧ, первый генератор гармоник (ГГ), первый полосовой фильтр (ПФ), первый смеситель (СМ); последовательно включенные второй ГГ, второй ПФ, второй СМ; последовательно включенные блок частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), фазовый детектор (ФД), усилитель постоянного тока (УПТ), второй ГУН; при этом первый выход ЭГ соединен с входом первого УЧ, выход которого соединен с входом второго ГГ; второй выход ЭГ соединен с первым входом блока ФАП, ко второму входу которого подключен второй выход первого ГУН; выход второго ГУН соединен с вторым входом первого СМ, выход которого через первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ) соединен с вторым входом второго СМ, выход которого через второй УПЧ соединен с вторым входом ФД(Там же, стр.198.).

Причинами, препятствующими получению указанного ниже технического результата при использовании известного синтезатора частот, являются высокий уровень шумовых характеристик выходного сигнала, обусловленный действием умножителей частоты и генераторов гармоник, недостаточная чистота выходного сигнала и большая длительность перестройки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Его задачей является улучшение шумовых характеристик, уменьшение побочных гармонических составляющих в спектре выходного сигнала синтезатора частот и сокращение времени его перестройки.

Это достигается тем, что в известный синтезатор частот, содержащий эталонный генератор (ЭГ), второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком частотно-фазовой автоподстройки (ФАП) и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН), второй выход которого соединен с вторым входом первого ФАП; второй ГУН, согласно изобретению введены второй блок ФАП, вход которого соединен с вторым выходом ЭГ, а выход - с входом второго ГУН, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП, и n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП, канальный ГУН, канальный коммутатор сигналов (КСК), канальный смеситель (КСМ) и канальный широкополосный фильтр (КПФ), причем второй выход канального ГУН соединен с вторым входом канального блока ФАП; выход КПФ каждого канала соединен с вторым входом КСМ последующего канала, а выход последнего КПФ является выходом устройства; при этом первый выход ЭГ соединен с входом канальных блоков ФАП, выход первого ГУН соединен с вторым входом КСМ первого канала, а выход второго ГУН соединен с вторым входом КСК каждого канала, третий вход которых связан с генератором весовых функций.

Причинно-следственные связи между признаками изобретения и техническим результатом заключаются в следующем. В синтезаторе минимальную используемую частоту имеет эталонный генератор, остальные генераторы имеют частоту больше ширины полосы пропускания канальных ПФ. Поэтому в спектре выходного сигнала во всем заданном диапазоне побочных составляющих частот не наблюдается. Вне диапазона побочные составляющие хорошо подавляются канальными ПФ. В устройстве все генераторы охвачены петлями ФАП от единого эталонного генератора. Поэтому можно считать сигналы всех генераторов когерентными по частоте и по медленно изменяющейся фазе. При этом плавающие по времени частоты в спектре выходного сигнала отсутствуют, что обеспечивает чистоту спектра. Отсутствие в схеме перестраиваемых по диапазону генераторов уменьшает по сравнению с прототипом время перестройки в 10 раз.

На чертеже изображена функциональная схема синтезатора частот СВЧ-диапазона.

Синтезатор частот СВЧ-диапазона содержит эталонный генератор (ЭГ) 1, второй выход которого соединен с последовательно включенными первым блоком фазовой автоподстройки (ФАП) 21 и первым генератором, управляемым напряжением (ГУН) 31, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока ФАП 21, a также с последовательно включенными вторым блоком ФАП 22 и вторым ГУН 32, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока ФАП 22. Первый выход ЭГ 1 подключен к входам n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный блок ФАП 4, канальный ГУН 5, канальный коммутатор сигналов (КСК) 6, канальный смеситель (КСМ) 7 и канальный широкополосный фильтр (КПФ) 8. Второй выход канального ГУН 5 соединен с вторым входом канального блока ФАП 4, вход которого является входом канала и соединен с выходом ЭГ 1. Выход КПФ 8 каждого канала соединен с вторым входом КСМ 7 последующего канала, а выход последнего КПФ 8п является выходом устройства. Выход первого ГУН 31 соединен с вторым входом КСМ 71 первого канала, а выход второго ГУН 32 соединен с вторым входом КСК 6 каждого канала. Третий вход КСК 6 каждого канала связан с генератором весовых функций (не показан).

Описанное устройство может быть выполнено по известным правилам на типовой элементной базе. В частности, в качестве ЭГ может быть использован кварцевый генератор типа ГК-89ТС(Каталог ОАО «Морион», СПб, 2001, стр.7). В качестве ГУН 3, 5 использованы генераторы, выполненные на резонаторах с поверхностными акустическими волнами (ПАВ-генераторы), например, типа ГК141-С-ПВ (ЖКГД468753006); в качестве блоков ФАП использованы микросхемы РЕ3236(PEREGRINE SEMICONDUCTOR CORP. / http://www.peregrin-semi.com.), а в качестве канальных коммутаторов - микросхемы HMC239S8(Hittite Microwave Corporation. / www.hittite.com.).

Описанный синтезатор частот СВЧ-диапазона работает следующим образом. Напряжение с частотой 5-10 МГц с выхода ЭГ 1 подается на первый 31, второй 32 и канальные ГУН 5, которые привязаны к частоте ЭГ 1 системой ФАП и генерируют напряжения более высокой частоты, соответственно f1, f2,...,fkn. Чтобы не ухудшались шумовые свойства ПАВ-генераторов 3, 5, полоса среза фазовой характеристики петли ФАП выбирается не более 100 Гц. Выходная частота синтезатора fвых смещается в заданный диапазон сетки частот изменением частоты f1 первого ГУН 31.

Выходная частота синтезатора fвых определяется следующим выражением:

где f1 - частота первого ГУН 31;

f2 - частота второго ГУН 32;

n - количество каналов формирования сетки частот;

Δf=f2-fк1 - шаг сетки частот;

Δf·к - ширина диапазона синтезатора;

к - код (номер) выбранной частоты синтезатора, который определяется выражением:

где а - весовой коэффициент двоичного числа к по разрядам «0» или «1».

Таким образом, выходная частота синтезатора формируется в зависимости от весовой функции. В частности, при нулевом значении к на выходах канальных коммутаторов 6 напряжение будет иметь частоту только второго ГУН 32, а при единичном значении к-частоты соответствующих канальных ГУН 5. После преобразования этих частот в канальных смесителях 7 выходная частота синтезатора fвых определяется выражением (1).

Пример.

Пусть f1=1000 МГц, Δf=10 МГц, f2=1000 МГц, fк1=1010 МГц, fк2=1020 МГц, fк3=1030 МГц и т.д.

к=0, n=6 (63 литеры).

В этом случае к выходу синтезатора через канальные коммутаторы сигналов КСК 6 подключен только второй ГУН 32 и выходная частота в соответствии с выражением (1) определяется следующим образом:

Если принять к=63, то к выходу синтезатора будут подключены все канальные ГУН 5.

Диапазон перестройки частоты синтезатора:

Шаг сетки частота Δf в СВЧ-диапазоне меньше 10 МГц обычно не делают, т.к. иначе соседние станции будут мешать друг другу.

Шумы синтезатора определяются следующей формулой:

где - отношение мощности шумов к мощности сигнала на несущей частоте.

Шумы всех ГУН 3, 5 можно считать одинаковыми, т.к. генераторы идентичны. Тогда . Перейдя к выражению в децибелах, получим:

, или

В случае использования шестиканального формирователя сетки частот n=6. При этом ухудшение отношения сигнал/шум γΣ составит 101g7=8,45 дБ. В прототипе ухудшение отношения сигнал/шум γΣ при умножении на 7 составит:

;

101gγΣ=10lgγ+20lgn;

20lg7=17 дБ.

Отсюда видно, что шумовые характеристики заявленного синтезатора частот СВЧ-диапазона по сравнению с прототипом по меньшей мере на 8 дБ ниже.

Синтезатор частот сверхвысокочастотного диапазона, содержащий эталонный генератор, первый генератор, управляемый напряжением (ГУН), охваченный петлей частотно-фазовой автоподстройки (ФАП), вход которой подключен ко второму выходу эталонного генератора, второй ГУН, отличающийся тем, что второй ГУН выполнен охваченным петлей ФАП, вход которой соединен с вторым выходом эталонного генератора, и введены n идентичных каналов формирования сетки частот, каждый из которых содержит последовательно включенные канальный ГУН, охваченный петлей ФАП, канальный коммутатор сигналов, канальный смеситель и канальный широкополосный фильтр, при этом вход петли ФАП каждого из канальных ГУН соединен с первым выходом эталонного генератора, выход канального широкополосного фильтра каждого канала соединен со вторым входом канального смесителя последующего канала, а выход последнего канального широкополосного фильтра является выходом устройства; выход первого ГУН соединен с вторым входом канального смесителя первого канала, выход второго ГУН соединен с вторым входом канального коммутатора сигналов каждого канала, а третий вход каждого канального коммутатора подключен к генератору весовых функций.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к устройствам формирования колебаний с частотой, изменяющейся в соответствии со значением цифрового кода управления, и может быть использовано для формирования частотно-модулированных колебаний.

Изобретение относится к радиотехнике, к технике цифрового вычислительного синтеза частот, и может использоваться в радиопередающих и радиоприемных устройствах. .

Изобретение относится к технике радиорелейной связи и может быть использовано в аппаратуре радиорелейных станций зоновых систем связи в качестве формирователя сетки стабильных частот.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в широкополосных приемопередающих устройствах. .

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для формирования частоты гетеродина в радиоприемных устройствах. .

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для формирования частоты гетеродина в радиоприемных устройствах. .

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может использоваться для формирования шкалы времени. .

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано для формирования шкалы времени. .

Изобретение относится к радиотехнике и технике связи и может быть использовано при синтезе частот. .

Изобретение относится к технике стабилизации частоты и может быть использовано в квантовых стандартах частоты пассивного типа с квантовыми дискриминаторами на основе газовых ячеек или атомно-лучевых трубок

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в качестве быстро переключаемого по частоте гетеродина приемника и в других устройствах, где требуется быстрая перестройка по частоте при чистом спектре выходного сигнала

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования сетки стабильных частот с равномерным шагом в приемных и передающих устройствах с малым временем перестройки в широком диапазоне рабочих частот

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при разработке источников сигнала СВЧ-диапазона

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в цифровых вычислительных синтезаторах (ЦВС) многоуровневых сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в приемных устройствах в качестве малогабаритного переключаемого по частоте гетеродина

Изобретение относится к технике связи, а именно к радиотехническому оборудованию, и может быть использовано в системах и средствах управления воздушным движением

Изобретение относится к области связи и может использоваться для управления точными источниками частоты в сотовых телефонах или других устройствах связи

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах для преобразования частот, модуляции и формирования радиосигналов
Наверх